JPS6042191Y2 - 排気タ−ボ過給機付機関のバイパス路制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は殊にディーゼル機関に適した排気ターボ過給機
付機関のバイパス路制御装置に関するものである。

排気ターボ過給機は周知の如く内燃機関の排気ガスによ
ってタービンを回転し、該タービンに直結したコンプレ
ッサを回転して空気を加圧し前記機関に供給（過給）す
るものである。

ところで、上記の如き排気ガスによって作動される過給
機は、機関の低、中負荷域においては排気ガスのエネル
ギーが小さいために、その作動が充分でない。

一方、ディーゼル機関は上記負荷範囲においては燃料噴
射量に対して空気量が過剰となっているから低、中負荷
域において過給することはいたずらにフリクションを増
大して燃費を悪化させることになり、この意味では低、
中負荷域では過給しない方が良い。

このため従来から上記負荷範囲においては過給機へ流入
する排気ガスをバイパスさせて過給機の働きをキャンセ
ル腰無過給機関と同じ状態にする装置が用いられている
。

また、必要以上に過給圧力が上昇すると機関の爆発圧力
の上昇により機関の耐久性を著しく縮めることになるの
で、過給圧力が過度に上昇した時の機関の保護のため、
そのときの圧力を検出し、その圧力によって排気ガスの
一部を過給機に流入させることなくバイパスさせる装置
も用いられている。

ところで、従来一般に上記２つの作用を奏する装置を機
関に同時に組込む場合には第１図に示す如く、排気ター
ボ過給機１の排気タクト２１とタービン１１の出口１４
とを連結する２本のバイパス路３ａ、３ｂを設けて、夫
々制御弁４ａ、４ｂを配設味一方を負荷によって、他方
を過給圧力によって制御するようにしていた。

即ち、いずれも排気ガスの制御を行うものであるにもか
かわらず２つのバイパス路及び制御弁を必要としていた
。

従って、制御弁及びタービン廻りの構造が複雑となり、
必要スペースも大きく、製作コストも高価となる欠点が
ある。

また、特開昭５５−２９０３３号公報には、往復動内燃
機関の排気をタービンへ送る排気通路と上記り−ビンを
通過した上記排気の排出路とを連通ずるバイパス路を備
えたターボチャージャにおいて、上記往復動内燃機関の
回転信号と燃料供給量とを入力し、上記往復動内燃機関
の運転状況に適応した過給圧の吸気を上記往復動内燃機
関に供給するように上記バイパス路を通過する排気量を
制御するバイパス弁制御器への信号を出力する関数発生
器を備え、かつ上記バイパス弁制御器が上記バイパス路
の入口を開閉するバイパス弁体の位置を制御するように
したターボチャージャの制御装置が記載されている。

また、特開昭５３−１４６０２６号公報には、排気ター
ビン上流の排気の一部を該タービンをバイパスしてその
下流に導く排気バイパス通路と該通路に介装したバイパ
ス流量制御弁とを設け、該制御弁を吸気コンプレッサ及
び又は絞り弁下流の吸気通路内の圧力信号に対応して制
御するように構成し、もって排気タービンに対応する排
圧エネルギーを調整することにより過給圧を機関運転状
態にあわせて制御するようにした過給圧制御装置付内燃
機関が記載されている。

しかしながら、前者のターボチャージャの制御装置では
、その制御に別途配設される圧力源の圧力（圧縮空気圧
）と過給圧を利用しないので、液体圧による制御に比較
して円滑なバイパス制御が行い得す、また速度検出装置
、燃料量検出装置、関数発生器、変換器及びバイパス弁
制御器が必要となり、装置が著しく高価になる等の問題
があった。

また、後者の過給圧制御装置付内燃機関においても、作
動流体圧として過給圧以外に別途に配設される圧力源か
らの圧力（圧縮空気圧）を利用することがないので、排
気バイパス弁の制御が過給圧（吸気圧）の大小によって
行われるのみで、制御領域が自ずと限定されてしまう欠
点がある。

また、特開昭５６−５２１号公報（特願昭５４−７４３
６０号）には、内燃機関の排気通路内に設けられて前記
機関の燃料室から前記排気通路内に排出される排気カス
流により駆動されるタービンと、前記機関の吸気通路内
に設けられて前記タービンによって駆動されるコンプレ
ッサとを備えて、このコンプレッサにより前記吸気通路
内に流入する空気を前記燃料室内に過給するようにした
過給機において、前記タービンの上流及び下流に位置す
る前記排気通路の各部分にその両端をそれぞれ接続して
前記燃焼室から前記排気通路内に排出される排気ガス流
を分流させる分岐路と、この分岐路の一部に設けられて
分岐路を流れる排気ガス流量を負圧により調整する流量
制御手段と、前記機関の作動状態を電気信号として発生
する電気信号発生手段と、前記流量制御手段による流量
制御度合を表す設定値に応じて前記電気信号発生手段か
らの電気信号に基き前記流量制御手段を制御する電気的
制御手段を備えてなる内燃機関における過給機のための
制御装置が示されているが、上記の流量制御手段として
の負圧作動器にはサーボ室（本案負圧室）のほかには、
大気に開放された空気室をもつのみでエンジンの吸気系
に連結した圧力室を持たないので、その作動は低速時前
記サーボ室を大気開放してばねで制御弁■を閉じ、高速
時サーボ室を負圧タンクと連通して前記制御弁■を開く
という単純な作動を行うのみで、低、中負荷時に負圧て
制御弁を開放し、高負荷時過給圧力が設定値以下であれ
ば上記弁を閉じ、設定値以上になれば過給圧により再び
開放するという複雑な作動は不可能である。

本考案は上記の鑑み低、中負荷域においては排気ターボ
過給機への排気ガスの流入をバイパスさせて過給機の作
動を低下させ、高負荷においては排気の全量をタービン
に流入させ、・且つその時必要以上に過給圧が上昇した
場合にはタービンに流入する排気ガスの一部をバイパス
させるようにすることを単一の制御弁（従って単一のバ
イパス路）をもって行なわせようとするものである。

この目的を遠戚するため本考案は、排気ターボ過給機付
機関のバイパス路を開閉する制御弁を作動せしめる弁制
御器の負圧室を負荷状況に応じ作動する切換電磁弁を介
して負圧源に連結するとともに圧力室を吸気管に接続し
、前記切換電磁弁を低、中負荷時には前記負圧室を負圧
源に通ずるよう、また高負荷時においては前記負圧源と
大気に連通せしめるようにしたことを要旨とする。

以下これを第２図以下に示す実施例によって詳細に説明
する。

１は排気ターボ過給機で、タービン１１とコンプレッサ
１２とは軸１３によって直結されており、過給機１は排
気ダクト２１を流れる内燃機関２よりの排気ガスによっ
てタービン１１が回転せしめられ、それによってコンプ
レッサ１２が空気を加圧し、加圧された空気が吸気管２
２を介して機関２に供給される。

３は排気ダクト２１とタービン出口１４とを連通ずるバ
イパス路で、排気ダクト２１との連結部にはシート３１
が形成されている。

４は制御弁で、この例ではシャフト４１に取付けられた
レバー４２に支持され、シャフト４１に固着されたレバ
ー４３を回動することにより揺動され、これによってバ
イパス路３のシート３１を開閉する。

５は弁制御器で、シリンダ５Ａ内を二分して設けられた
ダイヤフラム５２の一方に前記レバー４３に連結された
リンク５１を取付け、且つばね５３を前記制御弁４の閉
鎖方向に付勢してセットし負圧室５４を形成するととも
に、該負圧室５４は後記切換電磁弁、例えは三方電磁弁
６を介して負圧源であるバキュームタンク７に連結され
ている。

また、前記シリンダ５Ａにおけるダイヤフラム５２の他
端には圧力室５６が形成されここに一端を吸気管２２と
連結した導入管５５と他端を接続し、前記電磁弁６の切
換えによって負圧と大気圧が導入されるようになってい
る。

上記三方電磁弁６は、例えば燃料噴射ポンプの燃料コン
トロールラック位置あるいはコントロールスリーブ位置
を検出し、その値が機関の低、中負荷にある時は接点を
開き、それ以上の高負荷状態即ち設定負荷以上にあると
きは接点を閉じる負荷スイッチ８を介して電源９に結線
されており、負荷スイッチ８が開いている状態では負圧
室５４とバキュームタンク７とを連通し、閉じた状態で
は負圧室５４は大気を連通ずる。

従って、三方電磁弁６が負圧室５４と、バキュームタン
ク７とを連通ずれば弁制御器５のダイヤフラム５２がば
ね５３に抗して撓み、リンク５１、レバー４１を介して
制御弁４を第２図で右に回動してシート３１を開放する
。

また負圧室５４が大気に連通ずれば過給圧力が小さい場
合には制御弁４がばね５３に引かれてシート３１上に着
座しているが、過給圧力が設定値以上に上昇するとダイ
ヤフラム５２がばね５３に抗して撓み、制御弁４をシー
ト３１から再び離腰バイパス路６を開放する。

次に本考案の作用を説明する。

本考案の上記構成により、まず低、中負荷（例えば７０
％負荷まで）状態のように吸入空気量が燃料噴射量に比
べ過剰となり過給を必要としない状態（第４図のＡゾー
ン）では、前記負荷スイッチ８がＯＦＦ故、一方電磁弁
６が負圧室５４にバキュームタンク９の圧力を導入し、
これにより制御弁４が回動しシート４１から離れたバイ
パス路３が開放される。

従って排気ガスはタービン１１に供給することなくバイ
パス路３から放出されるので機関は無過給状態となる。

この状態から負荷が上昇して高負荷（７０％負荷以上）
になると負荷スイッチ８がＯＮし、三方’に磁弁６が切
換って負圧室５４には大気圧が導入されるようになる。

するとばね５３の撓みが解除されるから、過給圧力が低
い間は圧力室５６への作用圧力の低下により、ばね５３
の作用によって制御弁４は左に回動してシート３１上に
着座することになる。

これによって機関回転が上昇して過給圧力が所定の値（
第４図のＤ）に達するまでの間（第４図のＢゾーン）は
、制御弁４はシート３１上にあるから、排気ガスは全て
タービン１１に流入して、通常の過給が行なわれる。

この状態から更に機関回転が上昇して過給圧力が設定値
り以上に高くなると（第４図のＣゾーン）この過給圧力
とばね５３とのバランスによってダイヤフラム５２がば
ね５３に抗して撓み制御弁４が右に回動してシート３１
から離れる。

この結果排気ガスの一部がバイパス路３を通って流出す
るので、タービン１１は過回転を免れ、過給圧力の上り
すぎが防止される。

第３図は本案の第２の実施例を示し、制御弁４Ａをピス
トン状にしたものであり、制御弁４Ａをピストン状にし
たものであり、制御弁４Ａのロンドが弁制御器５のダイ
ヤフラム５２に直接固着され、機関の低、中負荷状態、
即ち負圧室５４に負圧が作用した状態及び高負荷で過給
圧力が設定値以上となった状態では制御弁４Ａはスライ
ドしてシート３１即バイパス路３を開放する型式のもの
である。

以上の如く、本考案は排気ターボ過給機付機関のバイパ
ス路を開閉する制御弁を作動せしめる弁制御器の負圧室
を負荷状況に応じ作動する切換電磁弁を介して負圧源に
連結するとともに圧力室を吸気管に接続し、前記切換電
磁弁を低、中負荷時には前記負圧室を負圧源に通ずるよ
う、また高負荷時においては前記負圧室を大気に連通せ
しめるように制御するようにしたので、低、中負荷運転
状態のように空気が余っていて過給を必要とせず、過給
をすることによって却って給気圧力に比べ排気圧力が上
昇し、燃費が悪化するような運転状態においては排気ガ
スをタービンに供給させることなくバイパス路からター
ビン出口に放出し、また、高負荷高速回転においては過
給圧力の必要以上の上昇を防止せんとして、排気ガスの
一部をバイパス路から流出させて過給圧力の適正を保つ
ことの２つの作用を１個の制御弁によって制御すること
ができ、従来の如く各々の作用のために夫々の制御弁を
備える場合に比ベコンパクトで安価な装置を提供できる
。

また、本考案装置は過給圧と別途に配設される負圧源か
らの圧力を利用味それらの流体圧によって排気制御弁を
制御するようにしたので、円滑なバイパス制御が行い得
るとともに格別のマイコン等を備えた高価な制御装置も
不要となる効果がある。

また、作動流体圧として従来利用されていた過給圧のほ
かに、別途に配設される負圧源からの負圧を利用するの
で、排気バイパス路を開閉する制御弁の制御が複数の性
質の異なる流体圧によって応答性よく行われることにな
り、従って制御領域が広くなり、より理想的な制御弁の
制御が円滑に行い得る効果がある。

更に本案装置では弁制御器の作動させる流体の一つとし
てディーゼル機関でも比較的容易に得ることのできる負
圧を用いたので、装置が低コストで済み、また弁制御器
の作動を高負荷において設定負荷到達時に切換電磁弁で
切換える場合、負圧室には切換電磁弁の大気連通口を介
して大気が導入されるのみで、高圧の圧縮空気を放出す
る際の騒音もなく、フィーリングの向上を計ることがで
きる効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置を示す概略図、第２図及び第３図は本
考案の第１及び第２の実施例を示す概略縦断面図、第４
図は機関負荷率と過給圧力とをパラメータとした出力機
関回転グラフである。 １：排気ターボ過給機、２：内燃機関、３：バイパス路
、４．４Ａ：制御弁、５：弁制御器、５Ａニジリンダ、
６：切換電磁弁、８：負荷スイッチ、１１：タービン、
１２：コンプレッサ、２１：排気ダクト、２２：吸気管
、５２：ダイヤフラム、５３：ばね、５４：負圧室、５
６：圧力室。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気ターボ過給機付機関のバイパス路を開閉する制御弁
   を作動せしめる弁制御器の負圧室を負荷状況に応じ作動
   する切換電磁弁を介して負圧源に連結するとともに圧力
   室を吸気管に接続し、前記切換電磁弁を低、中負荷時に
   は前記負圧室を負圧源に通ずるよう、また高負荷時にお
   いては前記負圧室を大気に連通せしめるように制御して
   なる排気ターボ過給機付機関のバイパス路制御装置。